功能颅内多普勒超声监测脑血流

摘要

功能性颅内多普勒超声波补充了其他功能成像模式，其高时间分辨率测量了基础脑动脉内大脑血流量的刺激性变化。本方法文件对使用功能性颅内多普勒超声波进行功能成像实验提供了分步说明。

摘要

功能性颅内多普勒超声波 （fTCD） 是使用颅内多普勒超声波 （TCD） 来研究刺激期间发生的神经激活，如身体运动、激活皮肤中的触觉传感器和查看图像。神经活化是从大脑血流速度 （CBFV） 的增加推断的，该速度为处理感官输入的大脑区域提供血液。例如，观察明亮的光线会导致大脑皮层腹腔叶的神经活动增加，导致后脑动脉的血液流动增加，而后脑动脉提供腹腔叶。在 fTCD 中，CBFV 的变化用于估计脑血流量 （CBF） 的变化。

fTCD 以其对主要脑动脉血流量速度的高时间分辨率测量，补充了其他既定的功能成像技术。本方法论文的目标是对使用ftCD进行功能成像实验提供分步说明。首先，将描述识别中脑动脉 （MCA） 和优化信号的基本步骤。接下来，将描述在实验期间放置固定装置以固定 TCD 探头的位置。最后，呼吸保持实验，这是使用ftCD的功能成像实验的一个具体例子，将展示出来。

引言

在神经科学研究中，在各种环境中非侵入性地监测实时大脑活动通常是可取的。然而，传统的功能神经成像模式有限制，阻碍捕捉局部和/或快速活动变化的能力。功能磁共振成像 （fMRI） 的真实（非抖动、非回顾性）时间分辨率目前为秒¹的顺序，它可能不会捕获与瞬态神经激活相关的瞬态血态变化。在另一个例子中，虽然功能性近红外光谱（fNIRS）具有高时间分辨率（毫秒）和合理的空间分辨率，但它只能探测大脑皮层内的血液同位素变化，无法提供有关大脑大动脉发生的变化的信息。

相比之下，fTCD 被归类为神经成像模式的"成像"是指时间和空间的维度，而不是在"图像"中更熟悉的两个正交空间方向。fTCD通过测量基底脑循环血管内精确位置的高时间分辨率（通常为10ms）血液学变化，为其他神经成像模式提供补充信息。与其他神经成像模式一样，fTCD可用于各种实验，如研究语言相关任务^2、3、4期间大脑活化的横向化，研究对各种声像刺激的反应的神经活化^5，以及探索各种认知刺激中的神经活化，如视觉任务^6、心理任务^7，甚至工具制作^8。

研究方案

所有人类学科研究都是根据内布拉斯加州大学林肯分校的机构审查委员会进行的，并获得了所有学科的知情同意。

1. 通过手提 TCD 定位 MCA 信号

注："徒手"TCD 是指在开始 fTCD 实验之前，使用手持式传感器查找 CBFV 信号的 TCD 操作。

1. 设置 TCD 参数
   1. 在初始搜索 MCA 时，将功率保持在相当高值（例如 400 mW）。一旦MCU信号被定位，在保持"良好"信号的同时尽可能降低功率（参见步骤 2.2.7）。
      注：在初始搜索中使用相当高的功率并不违反"尽可能低，合理可实现"（ALARA）暴露在声辐射下的原则，因为更高的功率将允许MCU信号被发现更快^10。
   2. 在初始搜索 MCA 信号时，将样本体积设置为 8°12 mm。如果难以找到信号，请增加门大小以增加信号的强度，但请注意，这可能会将附近一条或多条动脉的信号纳入 MCA 的信号中。
   3. 将收益设置为中等水平，目标是"将背景噪音保持在最低水平，但目前^"10。
   4. 将高通滤器截止点（通常称为"阈值"）设置为 50/150 Hz。
   5. 如果主题是成人，则将深度设置为 50 mm，这是 MCA¹⁰ M1 段....

结果

图 3显示了来自 MCA M1 段中点的多普勒光谱和彩色 M 模式示例。图3A，B是在头皮上的相同位置，但在不同的角度。请注意，在不改变头皮接触位置的情况下，角度变化非常小，如何能大大提高多普勒信号强度，如图3B中光谱仪的高强度黄色着色就说明了这一点。另请注意，图 3B中的 M 模式?.......

讨论

协议中的关键步骤包括 1） 查找 MCA，2） 放置头带，3） 执行屏住呼吸操作。

根据研究对象的不同，可能需要修改。例如，阿尔茨海默氏症患者可能难以遵循说明，因此需要使用帽谱仪来确保遵守呼吸控制指令^15。年幼的孩子可能难以按照指示行事，而且可能羞于实验者：因此，对于这样的人群，实验协议可能需要简化（见Lohmann

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aquasonic	Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA	01-50	Ultrasound Gel
Doppler Box X	DWL Compumedics Gmbh, Singen, Germany	Model "BoxX"	Transcranial Doppler with 2-MHz monitoring probes
Kimwipes	Kimberly-Clark Professional	34256	Delicate Task Wipers
Transeptic	Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA	09-25	Cleaning Spray